KR102177250B1 - 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파워 비욘드 스티어링 유닛을 이용하는 특수 차량의 파워 비욘드 유압 라인 상에 자율 주행을 위한 자동 스티어링 유닛을 구성함으로써 기존의 파워 비욘드 스티어링 유닛의 변경이 없이 간단하게 자율 주행 시스템을 특수 차량에 적용할 수 있는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은, 조향을 위한 유체 액츄에이터로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 파워 비욘드 스티어링 유닛이 구비된 차량의 파워 비욘드(PB) 라인으로부터 유체를 공급받아 작동되어 상기 유체 액츄에이터로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 자동 스티어링 유닛이 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛과 병렬로 연결된 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에 있어서, 상기 자동 스티어링 유닛에는 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 입력 포트와, 저장조와 연결된 배출 포트와, 상기 유체 액츄에이터로연결된 제1 및 제2 제어 포트가 연결되고, 상기 자동 스티어링 유닛에는 상기 제1 및 제2 제어 포트로 출력되는 유체의 유량과 방향을 제어하는 비례제어 밸브와, 상기 입력 포트로부터 입력되어 상기 비례제어 밸브로 흐르는 유체의 흐름을 개폐하도록 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 상기 입력 포트와 상기 비례제어 밸브 사이에 배치된 개폐 밸브가 구비되어 구성되고, 상기 개폐 밸브는 스티어링 휠의 수동 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛으로 조향 조작이 입력되는 경우 상기 입력 포트로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브로 흐르지 않도록 폐쇄되고, 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛으로 조향 조작이 입력되지 않는 경우 상기 입력 포트로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브로 흐르도록 개방되는 것을 특징으로 한다.

Description

특수 차량용 자동 조향 제어 시스템{AUTOMATIC STEERING SYSTEM FOR AGRICULTURAL MACHINERY}
본 발명은 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파워 비욘드 스티어링 유닛을 이용하는 특수 차량의 파워 비욘드 유압 라인 상에 자율 주행을 위한 자동 스티어링 유닛을 구성함으로써 기존의 파워 비욘드 스티어링 유닛의 변경이 없이 간단하게 자율 주행 시스템을 특수 차량에 적용할 수 있는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에 관한 것이다.
최근 트랙터, 로더, 라인 페인팅 차량, 스위퍼, 포장기계, 기타 해양 운송 수단 등과 같은 특수 목적 차량의 경우 운전자가 조향할 때 적은 힘으로 쉽게 조향이 가능하도록 운전자 핸들 조향시 핸들의 회전운동을 유압에 의한 직선운동으로 전환하여 핸들 조향감을 가볍게 해주는 파워 스티어링 유닛 회로(PSU, Power Steering Unit)가 적용된 조향장치가 사용된다.
특수 목적 차량의 경우 미리 예정된 주행 경로를 따라 주행이 이루어지는 경우가 많다. 예를 들면, 트랙터의 경우 경작지의 작업을 위해 미리 예정된 지그 재그 형태의 경로를 따라 주행이 이루어진다. 따라서, 최근 트랙터와 같은 특수 목적 차량에 대한 자율 주행 기술 연구가 심도있게 연구되고 있으며, 실제로 널리 응용되고 있다. 대한민국 공개특허 제10-2017-0108995호(2017.09.27, 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체) 및 대한민국 공개특허 제10-2013-0139475호(2013.12.23, 트랙터 자율 주행 조향 시스템)에는 자율 주행을 위한 조향 시스템이 개시되어 있다.
이러한, 자율 주행 조향 시스템에서는 미국 등록특허 US09200645호 (2015.12.01, Steering control unit and electro-hydraulic steering load sense control)나 미국 등록특허 US07931112호(2011.04.26, Isolation valve for a load-reaction steering system)에서와 같이 스티어링 휠을 수동으로 작동하는 과정에서 이용되는 파워 스티어링 유닛 회로(PSU, Power Steering Unit)와 자율 주행을 위해 이용되는 자동 스티어링 유닛 회로를 병렬로 연결된 스티어링 회로가 이용된다.
그러나, 상기와 같은 자율 주행 조향 시스템에서는 자동 스티어링 유닛 회로를 기존의 파워 스티어링 유닛과 병렬로 배치하여 구성하기 위해서는 필연적으로 기존의 파워 스티어링 유닛 회로의 변경이 선행되어야 하는 것이 일반적이다.
한편, 특수 목적 차량의 경우 차량의 스티어링(steering)과 작업기의 작업(working)을 위하여 하나의 유압 펌프를 이용할 수 있도록 파워 비욘드 스티어링 유닛(PBS, Power Beyond Steering Unit)이 이용되고 있다.
도 1에는 일반적인 특수 차량에 이용되는 파워 비욘드 스티어링 유닛의 유압 회로가 도시되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)은 제1비례제어 밸브(11)를 포함하여 펌프(P)로 통하는 입력 포트(111), 저장조(T)로 통하는 배출 포트(112), 제1제어 포트(113), 제2제어 포트(114) 및 파워 비욘드 라인 배출 포트(115)를 갖는다. 상기 제1제어 포트(113) 및 제2제어 포트(114) 각각은 조향 작동을 위해 직선 운동을 하는 유체 액츄에이터(2)의 제1단부(21) 및 제2단부(22)로 이어지며, 상기 파워 비욘드 라인 배출 포트(115)는 작업기(W)로 이어지는 파워 비욘드(이하 'PB'라 약칭라 함) 라인(L1)으로 연결된다. 3-위치 8-방향 밸브(3-position 8-way valve)로 구성된 상기 제1비례제어 밸브(11)는 유압 모터(12)와 연결되어 입력 포트(111) 및 배출 포트(112), 제1 및 제2제어 포트(113,114) 및 PB 라인 배출 포트(115) 사이에 배치된다.
상기 제1비례제어 밸브(11)는 스티어링 휠(S)의 수동 조작으로 스풀이 작동되면서 유압 모터(12)와 함께 상기 유체 액츄에이터(2)로 공급되는 작동유의 방향과 유량을 제어하게 된다.
한편, 도면에 도시된 바와 같은 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)에서는 스티어링 유압 라인에 우선적으로 유압이 공급되고 나머지 유압이 PB 라인(L1)으로 공급되도록 구성되어 있어 PB 라인(L1)에는 기존의 파워 비욘드 스티어링 유닛 회로(1) 자체의 변경이나 개선이 없이도 새로운 회로의 구성이 가능하다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0108995호(2017.09.27) : 농기계 용 자동 조향 시스템의 유압 제어 밸브 조립체 대한민국 공개특허 제10-2013-0139475호(2013.12.23) : 트랙터 자율 주행 조향 시스템 미국 등록특허 US09200645호(2015.12.01) : Steering control unit and electro-hydraulic steering load sense control 미국 등록특허 US07931112호(2011.04.26) : Isolation valve for a load-reaction steering system)
본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로, 파워 비욘드 스티어링 유닛을 이용하는 특수 차량의 파워 비욘드 유압 라인 상에 자율 주행을 위한 자동 스티어링 유닛을 구성함으로써 기존의 파워 비욘드 스티어링 유닛의 변경이 없이 간단하게 자율 주행 시스템을 특수 차량에 적용할 수 있는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은, 조향을 위한 유체 액츄에이터로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 파워 비욘드 스티어링 유닛이 구비된 차량의 파워 비욘드(PB) 라인으로부터 유체를 공급받아 작동되어 상기 유체 액츄에이터로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 자동 스티어링 유닛이 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛과 병렬로 연결된 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에 있어서, 상기 자동 스티어링 유닛에는 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 입력 포트와, 저장조와 연결된 배출 포트와, 상기 유체 액츄에이터로연결된 제1 및 제2 제어 포트가 연결되고, 상기 자동 스티어링 유닛에는 상기 제1 및 제2 제어 포트로 출력되는 유체의 유량과 방향을 제어하는 비례제어 밸브와, 상기 입력 포트로부터 입력되어 상기 비례제어 밸브로 흐르는 유체의 흐름을 개폐하도록 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 상기 입력 포트와 상기 비례제어 밸브 사이에 배치된 개폐 밸브가 구비되어 구성되고, 상기 개폐 밸브는 스티어링 휠의 수동 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛으로 조향 조작이 입력되는 경우 상기 입력 포트로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브로 흐르지 않도록 폐쇄되고, 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛으로 조향 조작이 입력되지 않는 경우 상기 입력 포트로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브로 흐르도록 개방되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은, 상기 개폐 밸브는 상기 스티어링 휠의 수동 조작을 감지하는 스티어링 센서에 의해 조향 조작이 감지되는 경우 상기 컨트롤러가 개폐 밸브가 폐쇄되도록 상기 개폐 밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은, 상기 개폐 밸브는, 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛의 입력 포트로 연결된 입력 라인과 상기 파워 비욘드 라인의 압력차에 의해 개폐가 전환되도록 구성되되, 상기 입력 라인의 압력값에서 상기 비욘드 라인의 압력값을 뺀 차가 미리 설정된 값보다 큰 경우 폐쇄되고, 미리 설정된 값보다 작은 경우 개방되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은, 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 입력 포트와 상기 저장조와 연결된 출력 포트 사이에 배치된 개방 밸브가 더 구비되고, 상기 개방 밸브는 상기 개폐 밸브가 폐쇄되는 경우 개방되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은, 상기 개방 밸브는 상기 개폐 밸브가 개방된 상태에서 상기 비례제어 밸브가 중립 위치인 경우 개방되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은, 상기 개방 밸브는, 상기 파워 비욘드 라인과 상기 비례제어 밸브에 구비된 개방 밸브 제어 포트에 형성된 압력차에 의해 개폐가 전환되도록 구성되되, 상기 비욘드 라인의 압력값에서 상기 개방 밸브 제어 포트에 형성된 압력값을 뺀 차가 미리 설정된 값보다 큰 경우 개방되고, 미리 설정된 값보다 작은 경우 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은, 상기 비례제어 밸브는 중립 위치에서는 상기 개방 밸브 제어 포트는 상기 저장조에 연결된 배출 포트와 연결되고, 조작 위치에서는 개방된 상기 개폐 밸브를 통해 상기 파워 비욘드 라인과 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은 파워 비욘드 스티어링 유닛을 이용하는 특수 차량의 파워 비욘드 유압 라인 상에 자율 주행을 위한 자동 스티어링 유닛을 구성함으로써 기존의 파워 비욘드 스티어링 유닛의 변경이 없이 간단하게 자율 주행 시스템을 특수 차량에 적용할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 일반적인 특수 차량에 이용되는 파워 비욘드 스티어링 유닛의 유압 회로를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템의 유압 회로를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템의 자동 스티어링 유닛 회로를 상세하게 도시한 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템의 유압 회로를 도시한 도면
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템의 자동 스티어링 유닛 회로를 상세하게 도시한 도면
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 특수 차량에 이용되는 파워 비욘드 스티어링 유닛의 유압 회로를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템의 유압 회로를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템의 자동 스티어링 유닛 회로를 상세하게 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템의 유압 회로를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템의 자동 스티어링 유닛 회로를 상세하게 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은 조향을 위한 유체 액츄에이터(2)로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)이 구비된 차량의 파워 비욘드(PB) 라인(L1)으로부터 유체를 공급받아 작동되어 상기 유체 액츄에이터(2)로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 자동 스티어링 유닛(3,4)이 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)과 병렬로 연결되게 구성된다.
우선, 도 2 및 도 3에 도시된 제1실시예로부터 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은 파워 비욘드 스티어링 유닛(1), 유체 액츄에이터(2) 및 자동 스티어링 유닛(3)이 포함되어 구성된다.
상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1) 및 유체 액츄에이터(2)는 도 1을 참조하여 이미 설명되었으므로 이하에서는 설명을 생략한다.
상기 자동 스티어링 유닛(3)은 자율 주행 상태에서 상기 파워 비욘드 스티이렁 유닛(1)으로 조향 조작이 수동으로 입력되지 않는 경우 자동 조향을 위해 상기 유체 액츄에이터(2)를 작동시키는 구성이다. 도면을 참조하면, 제1실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에서 상기 자동 스티어링 유닛(3)은 비례제어 밸브(31), 개폐 밸브(32), 개방 밸브(33), 체크 밸브(34) 및 스티어링 센서(Ss)와 컨트롤러(C)가 구비되어 구성된다.
상기 자동 스티어링 유닛(3)에는 상기 파워 비욘드(이하 'PB)로 약칭 한다.) 라인(L1)과 연결된 입력 포트(311)와, 저장조(T)와 연결된 배출 포트(312)와, 상기 유체 액츄에이터(2)로 연결된 제1 및 제2 제어 포트(313,314)가 구비된다.
상기 비례제어 밸브(31)는 상기 파워 비욘드 라인(L1)과 연결된 입력 포트(311)를 통해 유입된 유체의 유량과 방향을 제어하여 상기 제1 및 제2 제어 포트(313,314)로 출력하기 위한 구성이다.
도면을 참조하면, 3-위치 5-방향 밸브(3-position 5-way valve)로 구성된 상기 비례제어 밸브(31)는 개폐 밸브(32) 및 개방 밸브(33)와 연결되어 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311) 및 배출 포트(312), 제1 및 제2제어 포트(313,314) 사이에 배치된다.
상기 비례제어 밸브(31)는 스위치(31')로 입력되는 컨트롤러(C)의 자율 주행 제어 신호에 따라 중립 위치(Np)으로부터 좌회전 위치(Lp)나 우회전 위치(Rp)로 움직일 수 있다. 상기 비례제어 밸브(31)는 포트 31a,31b,31c,31d 및 31e를 갖는 3-위치 5-방향 밸브(3-position 5-way valve)로 구성된다. 도면을 참조하면, 중립 위치(Np)에서 상기 비례제어 밸브(31)의 포트 31a는 체크 밸브(34)를 통해 제1제어 포트(313)와 연결되고, 포트 31b는 체크 밸브(34)를 통해 제2제어 포트(314)와 연결되며, 포트 31c는 상기 개폐 밸브(32)의 포트 32a와 연결되고, 포트 31d는 상기 개방 밸브(33)의 개폐 작동 제어를 위하여 상기 개방 밸브(33)의 스위치(331)에 연결되며, 포트 31e는 배출 포트(312)를 통해 저장조(T)로 연결된다. 상술한 바와 같이 포트 31d는 상기 개방 밸브(33)의 개폐 작동 제어를 위한 제어 압력을 제공하기 위한 구성인데, 이에 따라 상기 포트 31d는 '개방 밸브 제어 포트'의 기능을 수행하게 된다.
상기 비례제어 밸브(31)는 중립 위치(Np), 좌회전 위치(Lp) 및 우회전 위치(Rp)를 가지며, 상기 비례제어 밸브(31)의 좌회전 위치(Lp) 또는 우회전 위치(Rp) 상태에 따라 유체의 흐름은 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 상기 제1 또는 제2제어 포트(313,314)를 통해 상기 유체 액츄에이터(2)로 이어지게 된다.
상기 비례제어 밸브(31)의 중립 위치(Np)는 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 상기 제1 또는 제2제어 포트(313,314)와의 유체 흐름이 차단되는 폐쇄 위치이다.
한편, 상기 비례제어 밸브(31)의 좌회전 위치(Lp)는 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 상기 제1제어 포트(313)와의 유체 흐름이 연결되고, 상기 제2제어 포트(314)로부터 상기 저장조(T)로 연결된 배출포트(312)와의 유체 흐름이 연결되는 개방 위치이다. 반대로 상기 비례제어 밸브(31)의 우회전 위치(Rp)는 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 상기 제2제어 포트(314)와의 유체 흐름이 연결되고, 상기 제1제어 포트(313)로부터 상기 저장조(T)로 연결된 배출포트(312)와의 유체 흐름이 연결되는 개방 위치이다.
한편, 상술한 바와 같이 상기 개방 밸브(33)의 개폐 작동 제어를 위한 제어 압력을 제공하기 위하여 포트 31d는 '개방 밸브 제어 포트'의 기능을 수행하는데, 중립 위치(Np)에서 포트 31d는 상기 저장조(T)와 연결된 배출 포트(312)와 연결되고, 좌회전 위치(Lp) 및 우회전 위치(Rp)인 개방 위치에서 상기 포트 31d는 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)와 연통되게 된다.
상기 개폐 밸브(32)는 수동 조향 조작의 여부에 따라 상기 PB 라인(L1)으로부터 유입되어 상기 비례제어 밸브(31)로 공급되는 유체의 흐름을 차단하거나 개방하기 위한 구성이다. 도면을 참조하면, 상기 개폐 밸브(32)는 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 입력되어 상기 비례제어 밸브(31)로 흐르는 유체의 흐름을 개폐하도록 상기 PB 라인(L1)과 연결된 상기 입력 포트(311)와 상기 비례제어 밸브(31) 사이에 배치되며, 2-위치 2-방향 밸브(2-position 2-way valve)로 구성된다. 상기 개폐 밸브(32)는 상기 스티어링 휠(S)의 수동 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)으로 조향 조작이 입력되는 경우 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브(31)로 흐르지 않도록 폐쇄되고, 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)으로 조향 조작이 입력되지 않는 경우 상기 PB 라인(L1)과 연결된 입력 포트(311)로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브(31)로 흐르도록 개방된다.
상기와 같은 작동을 위하여 상기 개폐 밸브(32)는 상기 스티어링 휠(S)의 수동 조작 여부에 따라 위치가 전환되도록 제어되어야 하는데, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예는 이러한 제어가 스티어링 센서(Ss)와 컨트롤러(C)에 의해 이루어지도록 구성된 것이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 스티어링 센서(Ss)는 스티어링 휠의 수동 조작을 감지하여 이를 상기 컨트롤러(C)로 전송하게 되고, 상기 컨트롤러(C)는 상기 스티어링 센서(Ss)에 의해 조향 조작이 감지되는 경우 상기 개폐 밸브(32)가 폐쇄되도록 상기 개폐 밸브(32)의 스위치(32') 작동을 제어하게 된다. 한편, 상기 스티어링 센서(Ss)에 의해 감지된 신호는 상기 컨트롤러(C)를 거치지 않고 곧바로 상기 개폐 밸브(32)의 스위치(32')를 조작하도록 상기 개폐 밸브(32)로 직접 전달되도록 구성될 수 있다.
이에 따라 자율 주행 모드에서 상기 개폐 밸브(32)는 상시 개방된 상태가 되어 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브(31)로 유체의 흐름이 이어지게 되고, 긴급한 상황이 발생하여 수동조작이 요청되는 순간 운전자가 수동으로 스티어링 휠(S)을 조작하는 경우 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브(31)로 흐르지 않게 폐쇄됨으로써 자동 스티어링 유닛(3)에 의한 자율 주행에 우선하여 운전자의 수동 조작에 의한 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)의 작동에 의한 수동 조향이 이루어지게 된다.
상기 개방 밸브(33)는 PB 라인(L1)과 연결된 입력 포트(311)로 유입된 유체가 자율 주행 제어를 위하여 상기 비례제어 밸브(31)를 통해 상기 유체 액츄에이터(2)로 흐르지 않는 경우에 상기 PB 라인(L1)의 고압이 걸리는 것을 방지하기 위한 안전 밸브의 기능을 수행하는 구성이다.
도면을 참조하면, 상기 개방 밸브(33)는 상기 PB 라인(L1)과 연결된 입력 포트(311)와 상기 저장조(T)와 연결된 배출 포트(312) 사이에 배치되며, 2-위치 2-방향 밸브(2-position 2-way valve)로 구성된다.
우선, 상기 개방 밸브(33)는 상기 개폐 밸브(32)가 폐쇄되어 상기 PB 라인(L1)에 고압이 형성되는 경우 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 상기 저장조(T)에 연결된 배출 포트(312)로의 유체 흐름이 이어지도록 개방된다.
또한, 상기 개방 밸브(33)는 상기 개폐 밸브(32)가 개방된 상태이지만 상기 비례제어 밸브(31)가 중립 위치(Np)여서 유체의 흐름이 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 제1 또는 제2제어 포트(313,314)로 이어지지 않는 경우에도 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(311)로부터 상기 저장조(T)에 연결된 배출 포트(312)로의 유체 흐름이 이어지도록 개방된다
도면을 참조하면, 상기와 같이 작동되는 개방 밸브(33)는 상기 PB 라인(L1)과 상기 비례제어 밸브(31)에 구비된 '개방 밸브 제어 포트', 즉 포트 31d에 형성된 압력차에 의해 개폐가 전환되도록 구성된다. 즉, 상기 개방 밸브(33)는 상기 PB 라인(L1)의 압력값에서 상기 개방 밸브 제어 포트(31d)에 형성된 압력값을 뺀 차가 미리 설정된 값보다 큰 경우 개방되고, 미리 설정된 값보다 작은 경우 폐쇄된다. 상기 PB 라인(L1)의 압력값에서 상기 개방 밸브 제어 포트(31d)에 형성된 압력값을 뺀 차와 비교되는 설정값은 각각의 압력과 상기 개방 밸브(33)의 스위치(33')와 협응되는 스프링의 탄성값에 의해 선정되고 조절된다.
한편, 상기 비례제어 밸브(31)에는 상기 개방 밸브(33)의 위치 전환 제어를 위한 비교 압력을 제공하는 개방 밸브 제어 포트(31d)가 구비되고, 그 포트 31d에 형성된 압력은 상기 개방 밸브(33)의 스위치(33')로 전달되게 되어 상기 PB 라인(L1)에 형성된 압력과 스프링의 탄성력과 비교되게 된디.
상술한 바와 같이 상기 비례제어 밸브(31)는 중립 위치(Np)에서는 상기 개방 밸브 제어 포트 31d는 상기 저장조(T)에 연결된 배출 포트(312)와 연결되기 때문에 상기 개방 밸브 제어 포트 31d의 압력은 상기 PB 라인(L1)에 형성된 압력보다 현저히 낮은 상태가 되어 상기 개방 밸브(33)는 개방된 상태로 전환된다. 반대로 상기 비례제어 밸브(31)의 조작 위치, 즉 좌회전 위치(Lp)나 우회전 위치(Rp)인 상태에서는 상기 개방 밸브 제어 포트 31d는 상기 PB 라인(L1)과 연결되게 되고, 그에 따라 상기 개방 밸브 제어 포트 31d의 압력은 상기 PB 라인(L1)에 형성된 압력과 비슷하거나 약간 낮은 상태가 되어 상기 개방 밸브(33)는 폐쇄된 상태로 전환된다.
다음으로 이하에서는 도 4 및 도 5에 도시된 제3실시예로부터 본 발명에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.
제2실시예는 스티어링 센서(Ss)에 의해 스티어링 휠(S)의 수동 조작을 감지하도록 구성된 제1실시예와는 수동 조작 여부를 감지하는 구성에 있어서 차이를 가지며 나머지 구성은 대동소이하다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은 파워 비욘드 스티어링 유닛(1), 유체 액츄에이터(2) 및 자동 스티어링 유닛(4)이 포함되어 구성된다.
도면을 참조하면, 제2실시예에 따른 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에서 상기 자동 스티어링 유닛(4)은 비례제어 밸브(41), 개폐 밸브(42), 개방 밸브(43), 체크 밸브(44) 및 컨트롤러(C)가 구비되어 구성된다.
상기 자동 스티어링 유닛(4)에는 상기 PB 라인(L1)과 연결된 입력 포트(411)와, 저장조(T)와 연결된 배출 포트(412)와, 상기 유체 액츄에이터(2)로 연결된 제1 및 제2 제어 포트(413,414)가 구비된다.
상기 비례제어 밸브(41)는 상기 파워 비욘드 라인(L1)과 연결된 입력 포트(411)를 통해 유입된 유체의 유량과 방향을 제어하여 상기 제1 및 제2 제어 포트(413,414)로 출력하기 위한 구성으로, 상기 비례제어 밸브는 3-위치 5-방향 밸브(3-position 5-way valve)로 구성된다.
상기 비례제어 밸브(31)는 스위치(41')로 입력되는 컨트롤러(C)의 자율 주행 제어 신호에 따라 중립 위치(Np)으로부터 좌회전 위치(Lp)나 우회전 위치(Rp)로 움직일 수 있도록 구성되며, 포트 41a,41b,41c,41d 및 41e를 갖는다.
제2실시예에서 이들 포트의 연결 및 작동은 제1실시예와 대동소이하므로 이하에서는 생략하기로 한다.
상기 개폐 밸브(42)는 수동 조향 조작의 여부에 따라 상기 PB 라인(L1)으로부터 유입되어 상기 비례제어 밸브(41)로 공급되는 유체의 흐름을 차단하거나 개방하기 위한 구성이다. 도면을 참조하면, 상기 개폐 밸브(42)는 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(411)로부터 입력되어 상기 비례제어 밸브(41)로 흐르는 유체의 흐름을 개폐하도록 상기 PB 라인(L1)과 연결된 상기 입력 포트(411)와 상기 비례제어 밸브(41) 사이에 배치되며, 2-위치 2-방향 밸브(2-position 2-way valve)로 구성된다. 상기 개폐 밸브(42)는 상기 스티어링 휠(S)의 수동 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)으로 조향 조작이 입력되는 경우 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(411)로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브(41)로 흐르지 않도록 폐쇄되고, 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)으로 조향 조작이 입력되지 않는 경우 상기 PB 라인(L1)과 연결된 입력 포트(411)로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브(31)로 흐르도록 개방된다.
상기와 같은 작동을 위하여 상기 개폐 밸브(42)는 상기 스티어링 휠(S)의 수동 조작 여부에 따라 위치가 전환되도록 제어되어야 하는데, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예는 이러한 개폐 밸브(42)의 제어가 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)의 입력 포트(111)로 연결된 입력 라인(L2)과 상기 PB 라인(L1)의 압력차에 의해 개폐가 전환되도록 구성된다.
도면을 참조하면, 개폐 밸브(42)의 스위치(42') 중 하나는 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)의 입력 포트(111)로 연결된 입력 라인(L2)의 압력을 입력받도록 연결되고, 상기 개폐 밸브(42)의 스위치(42') 중 다른 나머지 하나는상기 PB 라인(L1)의 압력을 입력받도록 연결되게 구성된다.
통상, 펌프(P)에서 펌핑된 유체는 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)의 입력 포트(111)로 연결된 입력 라인(L2)으로 상기 펌프(P)에 의해 펌핑된 유체는 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)을 거쳐 상기 PB 라인(L1)으로 배출되는데, 이 과정에서 압력강하가 이루어진다. 특히, 수동 조향 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)이 작동되는 경우에는 상기 PB 라인(L1)으로 배출되는 유체의 압력은 급격히 떨어지게 된다. 제2실시예는 수동 조향 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)이 작동되는 경우에 상기 PB 라인(L1)의 압력이 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)의 입력 포트(111)로 연결된 입력 라인(L2)보다 크게 낮은 상태가 되는 것을 감지하여 상기 스티어링 휠(S)의 수동 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)으로 조향 조작이 입력되는지의 여부를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이에 따라 제2실시예에서는 상기 개폐 밸브(42)는 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)의 입력 포트(111)로 연결된 입력 라인(L2)의 압력값에서 상기 PB 라인(L1)의 압력값을 뺀 차가 미리 설정된 값보다 큰 경우 폐쇄되고, 미리 설정된 값보다 작은 경우 개방되도록 구성된다.
이에 따라 자율 주행 모드에서 상기 개폐 밸브(42)는 상시 개방된 상태가 되어 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(411)로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브(41)로 유체의 흐름이 이어지게 되고, 긴급한 상황이 발생하여 수동조작이 요청되는 순간 운전자가 수동으로 스티어링 휠(S)을 조작하는 경우 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)의 입력 포트(111)로 연결된 입력 라인(L2)의 압력값에서 상기 PB 라인(L1)의 압력값을 뺀 차가 미리 설정된 값보다 커지면서 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(411)로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브(41)로 흐르지 않게 상기 개폐 밸브(42)가 폐쇄됨으로써 자동 스티어링 유닛(4)에 의한 자율 주행에 우선하여 운전자의 수동 조작에 의한 파워 비욘드 스티어링 유닛(1)의 작동에 의한 수동 조향이 이루어지게 된다.
상기 개방 밸브(43)는 PB 라인(L1)과 연결된 입력 포트(411)로 유입된 유체가 자율 주행 제어를 위하여 상기 비례제어 밸브(41)를 통해 상기 유체 액츄에이터(2)로 흐르지 않는 경우에 상기 PB 라인(L1)의 고압이 걸리는 것을 방지하기 위한 안전 밸브의 기능을 수행하는 구성이다. 제2실시예에서의 상기 개방 밸브(43)는 제1실시예와 마찬가지로 상기 PB 라인(L1)과 연결된 입력 포트(411)와 상기 저장조(T)와 연결된 배출 포트(412) 사이에 배치되며, 2-위치 2-방향 밸브(2-position 2-way valve)로 구성되며, 상기 개폐 밸브(42)가 폐쇄되어 상기 PB 라인(L1)에 고압이 형성되는 경우 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(411)로부터 상기 저장조(T)에 연결된 배출 포트(412)로의 유체 흐름이 이어지도록 개방되고, 또한 상기 개폐 밸브(42)가 개방된 상태이지만 상기 비례제어 밸브(41)가 중립 위치(Np)여서 유체의 흐름이 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(411)로부터 제1 또는 제2제어 포트(413,414)로 이어지지 않는 경우에도 상기 PB 라인(L1)에 연결된 입력 포트(411)로부터 상기 저장조(T)에 연결된 배출 포트(412)로의 유체 흐름이 이어지도록 개방된다
앞에서 설명되고 도면에 도시된 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
1 파워 비욘드 스티어링 유닛
2 유체 액츄에이터
3,4 자동 스티어링 유닛
31,41 비례제어 밸브
32,42 개폐 밸브
33,43 개방 밸브
S 스티어링 휠
C 컨트롤러
P 펌프
T 저장조

Claims (7)

  1. 조향을 위한 유체 액츄에이터로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 파워 비욘드 스티어링 유닛이 구비된 차량의 파워 비욘드(PB) 라인으로부터 유체를 공급받아 작동되어 상기 유체 액츄에이터로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 자동 스티어링 유닛이 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛과 병렬로 연결된 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에 있어서,
    상기 자동 스티어링 유닛에는 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 입력 포트와, 저장조와 연결된 배출 포트와, 상기 유체 액츄에이터로 연결된 제1 및 제2 제어 포트가 연결되고,
    상기 자동 스티어링 유닛에는 상기 제1 및 제2 제어 포트로 출력되는 유체의 유량과 방향을 제어하는 비례제어 밸브와, 상기 입력 포트로부터 입력되어 상기 비례제어 밸브로 흐르는 유체의 흐름을 개폐하도록 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 상기 입력 포트와 상기 비례제어 밸브 사이에 배치된 개폐 밸브가 구비되어 구성되고,
    상기 개폐 밸브는 스티어링 휠의 수동 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛으로 조향 조작이 입력되는 경우 상기 입력 포트로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브로 흐르지 않도록 폐쇄되고, 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛으로 조향 조작이 입력되지 않는 경우 상기 입력 포트로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브로 흐르도록 개방되며,
    상기 개폐 밸브는, 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛의 입력 포트로 연결된 입력 라인과 상기 파워 비욘드 라인의 압력차에 의해 개폐가 전환되도록 구성되되,
    상기 입력 라인의 압력값에서 상기 비욘드 라인의 압력값을 뺀 차가 미리 설정된 값보다 큰 경우 폐쇄되고, 미리 설정된 값보다 작은 경우 개방되는 것을 특징으로 하는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파워 비욘드 라인과 연결된 입력 포트와 상기 저장조와 연결된 출력 포트 사이에 배치된 개방 밸브가 더 구비되고,
    상기 개방 밸브는 상기 개폐 밸브가 폐쇄되는 경우 개방되는 것을 특징으로 하는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템.
  3. 조향을 위한 유체 액츄에이터로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 파워 비욘드 스티어링 유닛이 구비된 차량의 파워 비욘드(PB) 라인으로부터 유체를 공급받아 작동되어 상기 유체 액츄에이터로 공급되는 유체의 흐름을 제어하는 자동 스티어링 유닛이 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛과 병렬로 연결된 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템에 있어서,
    상기 자동 스티어링 유닛에는 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 입력 포트와, 저장조와 연결된 배출 포트와, 상기 유체 액츄에이터로 연결된 제1 및 제2 제어 포트가 연결되고,
    상기 자동 스티어링 유닛에는 상기 제1 및 제2 제어 포트로 출력되는 유체의 유량과 방향을 제어하는 비례제어 밸브와, 상기 입력 포트로부터 입력되어 상기 비례제어 밸브로 흐르는 유체의 흐름을 개폐하도록 상기 파워 비욘드 라인과 연결된 상기 입력 포트와 상기 비례제어 밸브 사이에 배치된 개폐 밸브가 구비되어 구성되고,
    상기 개폐 밸브는 스티어링 휠의 수동 조작으로 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛으로 조향 조작이 입력되는 경우 상기 입력 포트로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브로 흐르지 않도록 폐쇄되고, 상기 파워 비욘드 스티어링 유닛으로 조향 조작이 입력되지 않는 경우 상기 입력 포트로부터 입력된 유체가 상기 비례제어 밸브로 흐르도록 개방되며,
    상기 개폐 밸브는 상기 스티어링 휠의 수동 조작을 감지하는 스티어링 센서에 의해 조향 조작이 감지되는 경우 컨트롤러가 개폐 밸브가 폐쇄되도록 상기 개폐 밸브의 작동을 제어하고,
    상기 파워 비욘드 라인과 연결된 입력 포트와 상기 저장조와 연결된 출력 포트 사이에 배치된 개방 밸브가 더 구비되고,
    상기 개방 밸브는 상기 개폐 밸브가 폐쇄되는 경우 개방되는 것을 특징으로 하는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 개방 밸브는 상기 개폐 밸브가 개방된 상태에서 상기 비례제어 밸브가 중립 위치인 경우 개방되는 것을 특징으로 하는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 개방 밸브는, 상기 파워 비욘드 라인과 상기 비례제어 밸브에 구비된 개방 밸브 제어 포트에 형성된 압력차에 의해 개폐가 전환되도록 구성되되,
    상기 비욘드 라인의 압력값에서 상기 개방 밸브 제어 포트에 형성된 압력값을 뺀 차가 미리 설정된 값보다 큰 경우 개방되고, 미리 설정된 값보다 작은 경우 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비례제어 밸브는 중립 위치에서는 상기 개방 밸브 제어 포트는 상기 저장조에 연결된 배출 포트와 연결되고, 조작 위치에서는 개방된 상기 개폐 밸브를 통해 상기 파워 비욘드 라인과 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 특수 차량용 자동 조향 제어 시스템.
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